本发明专利技术公开了一种大气参数反演方法及装置。该方法包括如下步骤：获得待反演模拟卫星观测亮温，并对其进行超分辨率重建处理，得到待反演分辨率增强亮温；利用待反演分辨率增强亮温进行反演，得到相应的大气温湿度廓线；验证当前得到的大气温湿度廓线的精度。该方法在传统反演算法的基础上，对反演所用亮温数据做超分辨率重建处理，提高亮温数据的水平空间分辨率，解决因微波辐射计天线口径大小受限，导致亮温数据的水平空间分辨率不能完全达到要求的问题，同时对大气参数反演的结果进行分析比较，从而提高大气参数反演的精度。
【技术实现步骤摘要】
一种大气参数反演方法及装置
本专利技术涉及一种大气参数反演方法，同时也涉及相应的大气参数反演装置，属于微波遥感
技术介绍
大气温湿度廓线等物理参数可用来初始化数值天气预报模型、实时预报极端天气以及评估天气状态的稳定性，大气参数的高精度反演是天气监测、气象预报和气候分析的重要内容，对保障人民的生命和财产的安全具有重要意义。微波遥感具有全天时、全天候的特性，且相较于红外具有更强的穿透性，在大气探测领域应用广泛。目前主要的大气参数反演方法包括统计类反演方法(如统计回归反演方法、神经网络反演方法)和物理类反演方法(如一维变分反演方法)。如图1所示，统计类反演方法通过匹配时间、空间相对应的观测亮温和大气参数值构建数据集，利用数据集训练回归矩阵或者神经网络等反演模型，训练完成后向反演模型输入待反演的亮温即可得到反演的大气温湿度廓线。如图2所示，一维变分反演方法采用将初始化大气温湿度廓线输入微波大气辐射传输模型得到正演亮温，计算正演亮温与真实观测亮温的误差，通过数学方法利用误差迭代更新大气温湿度廓线，使误差降低至阈值以下，最终得到真实观测亮温对应的大气温湿度廓线。现有大气参数反演方法在实际应用中，观测亮温为微波辐射计实际观测所得，其空间分辨率较低，导致大气参数反演精度不高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的首要技术问题在于提供一种大气参数反演方法。本专利技术所要解决的另一技术问题在于提供一种大气参数反演装置。为了实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：根据本专利技术实施例的第一方面，提供一种大气参数反演方法，包括如下步骤：获得待反演模拟卫星观测亮温，并对其进行超分辨率重建处理，得到待反演分辨率增强亮温；利用所述待反演分辨率增强亮温进行反演，得到相应的大气温湿度廓线；验证当前得到的大气温湿度廓线的精度。其中较优地，所述待反演模拟卫星观测亮温为某一时刻某一场景下，气象卫星卫星载荷观测的一个或多个频段组合对反演大气温湿度廓线灵敏度高的真实卫星观测亮温。其中较优地，获得所述待反演模拟卫星观测亮温，包括如下步骤：获得参考大气温湿度廓线数据集，包括某一时刻某一场景对应的固定分辨率范围内相应频段的所有参考大气温湿度廓线；根据所述参考大气温湿度廓线数据集，计算地物亮温；对所述地物亮温进行微波载荷仿真，得到所述待反演模拟卫星观测亮温。其中较优地，获得所述参考大气温湿度廓线数据集时，从历史气象再分析资料中获得某一时刻某一场景相应频段所述的参考大气温湿度廓线数据集；当所述历史气象再分析资料中无法获得所述参考大气温湿度廓线数据集时，选取某个时刻的观测资料初始化数值预报模式，预报所需的参考大气温湿度廓线数据集。其中较优地，将所述参考大气温湿度廓线数据集输入到微波大气辐射传输模型中，计算出某一时刻某一场景对应的固定分辨率范围内，每个参考大气温湿度廓线对应的地物亮温。其中较优地，对所述地物亮温进行微波载荷仿真时，将所述地物亮温和天线方向图加权积分并加入观测噪声，得到所述待反演模拟卫星观测亮温。其中较优地，采用移动步长最小二乘法函数、高斯增益函数或贝塞尔函数中任意一种函数计算所述天线方向图。其中较优地，对所述待反演模拟卫星观测亮温利用Backus-Gilbert算法进行超分辨率重建处理，得到所述待反演分辨率增强亮温，表示为：上式中，ai是Backus-Gilbert算法反演的理论加权系数，Tai是卫星载荷观测到的第i个观测亮温；N表示第i个观测亮温所在格点位置周围的网格数。其中较优地，验证当前得到的大气温湿度廓线的精度，包括如下步骤：将对应于所述待反演分辨率增强亮温的地物亮温和模拟卫星观测亮温采用与所述待反演分辨率增强亮温相同的大气参数反演方法，反演出对应的大气温度廓线，并将所得温湿廓线插值到标准气压分层中，作为大气温湿度廓线估值；计算所述待反演分辨率增强亮温及对应的地物亮温和模拟卫星观测亮温反演的大气温湿度廓线估值与真实值之间的均方根误差，并进行比较分析，以验证当前得到的大气温湿度廓线的精度。根据本专利技术实施例的第二方面，提供一种大气参数反演装置，包括处理器和存储器，所述处理器读取所述存储器中的计算机程序或指令，用于执行以下操作：获得待反演模拟卫星观测亮温，并对其进行超分辨率重建处理，得到待反演分辨率增强亮温；利用所述待反演分辨率增强亮温进行反演，得到相应的大气温湿度廓线；验证当前得到的大气温湿度廓线的精度。本专利技术所提供的大气参数反演方法及装置在传统反演算法的基础上，对反演所用亮温数据做超分辨率重建处理，提高亮温数据的水平空间分辨率，解决因微波辐射计天线口径大小受限，导致亮温数据的水平空间分辨率不能完全达到要求的问题，同时对大气参数反演的结果进行分析比较，从而提高大气参数反演的精度。附图说明图1为现有统计类大气参数反演方法的原理框图；图2为现有一维变分大气参数反演方法的原理框图；图3为本专利技术提供的大气参数反演方法的流程图；图4为本专利技术提供的大气参数反演方法的流程详图；图5为本专利技术提供的大气参数反演方法中，54HZ频段不同亮温反演大气温度RMSE廓线的示意图；图6为本专利技术提供的大气参数反演方法中，183HZ频段不同亮温反演大气湿度RMSE廓线的示意图；图7为本专利技术提供的大气参数反演装置的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的
技术实现思路
做进一步的详细说明。在现有观测平台和加工精度的条件下，由于微波辐射计天线口径大小受限，导致观测数据的水平空间分辨率不能完全达到要求，从而使得利用该观测数据反演得到的大气温湿度廓线的精度较低。为此，如图3所示，本专利技术实施例提供了一种大气参数反演方法，包括如下步骤：步骤S1、获得待反演模拟卫星观测亮温，并对其进行超分辨率重建处理，得到待反演分辨率增强亮温。待反演模拟卫星观测亮温为某一时刻某一场景下，气象卫星卫星载荷观测的一个或多个频段组合对反演大气温湿度廓线灵敏度高的真实卫星观测亮温。例如，获得2015年10月03日06时台风“彩虹”场景下54GHz和183GHz频段的真实卫星观测亮温，分别作为反演大气温度廓线和湿度廓线的真实卫星观测亮温。其中，获得某一时刻某一场景的模拟卫星观测亮温时，采用如下步骤实现。步骤S11、获得参考大气温湿度廓线数据集，包括某一时刻某一场景对应的固定分辨率范围内相应频段的所有参考大气温湿度廓线。如图4所示，从历史气象再分析资料中获得某一时刻某一场景相应频段的参考大气温湿度廓线数据集。其中，参考大气温湿度廓线数据集包括某一时刻某一气象场景对应的固定分辨率范围内相应频段的所有参考大气温湿度廓线。其中，相应频段为对反演大气温湿度廓线灵敏度高一个频段或多个频段组合。由于历史气象再分析资料包括以特定时刻的观测资料初始化数值预报模式，并以相同时间间隔生成的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种大气参数反演方法，其特征在于包括如下步骤：/n获得待反演模拟卫星观测亮温，并对其进行超分辨率重建处理，得到待反演分辨率增强亮温；/n利用所述待反演分辨率增强亮温进行反演，得到相应的大气温湿度廓线；/n验证当前得到的大气温湿度廓线的精度。/n
【技术特征摘要】
1.一种大气参数反演方法，其特征在于包括如下步骤：
获得待反演模拟卫星观测亮温，并对其进行超分辨率重建处理，得到待反演分辨率增强亮温；
利用所述待反演分辨率增强亮温进行反演，得到相应的大气温湿度廓线；
验证当前得到的大气温湿度廓线的精度。
2.如权利要求1所述的大气参数反演方法，其特征在于：
所述待反演模拟卫星观测亮温为某一时刻某一场景下，气象卫星卫星载荷观测的一个或多个频段组合对反演大气温湿度廓线灵敏度高的真实卫星观测亮温。
3.如权利要求1所述的大气参数反演方法，其特征在于：
获得所述待反演模拟卫星观测亮温，包括如下步骤：
获得参考大气温湿度廓线数据集，包括某一时刻某一场景对应的固定分辨率范围内相应频段的所有参考大气温湿度廓线；
根据所述参考大气温湿度廓线数据集，计算地物亮温；
对所述地物亮温进行微波载荷仿真，得到所述待反演模拟卫星观测亮温。
4.如权利要求3所述的大气参数反演方法，其特征在于：
获得所述参考大气温湿度廓线数据集时，从历史气象再分析资料中获得某一时刻某一场景相应频段所述的参考大气温湿度廓线数据集；
当所述历史气象再分析资料中无法获得所述参考大气温湿度廓线数据集时，选取某个时刻的观测资料初始化数值预报模式，预报所需的参考大气温湿度廓线数据集。
5.如权利要求3所述的大气参数反演方法，其特征在于：
将所述参考大气温湿度廓线数据集输入到微波大气辐射传输模型中，计算出某一时刻某一场景对应的固定分辨率范围内，每个参考大气温湿度廓线对应的地物亮温。
6.如权利要求3所述的大气参数反演方法，其特征在于：
对所述地物亮...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴琼，张志清，安大伟，商建，杨磊，刘成保，王静，
申请(专利权)人：国家卫星气象中心国家空间天气监测预警中心，
类型：发明
国别省市：北京;11
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